顧 栩，杜 鵬，單慧媚，馬 騰，程勝高

（1.中國地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430074；3.中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院，北京100013）

危險廢物填埋場，由于危險廢物儲存量大、種類繁多，滲濾液污染組分復(fù)雜、濃度高、毒性大，是高風(fēng)險的地下水潛在污染源［1］。因此，在危險廢物填埋場建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評價階段，就需提出有效的地下水污染防治方案。而在填埋場運(yùn)行過程中一旦防治方案失去效果，就需要對受污染的地下水進(jìn)行修復(fù)。

地下水污染修復(fù)技術(shù)，按修復(fù)機(jī)理可以分為物理修復(fù)法、化學(xué)修復(fù)法、生物修復(fù)法和復(fù)合修復(fù)法；按污染物修復(fù)位置可以分為原位修復(fù)和異位處理［2—4］。目前，在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣的主要有水力截獲法、原位生物處理法和滲透性反應(yīng)墻。其中，水力截獲技術(shù)在國外已被廣泛應(yīng)用于抽出－處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，它是通過設(shè)置一系列合理的抽（注）水井，人工改變地下水天然流動方式，制造人工流場，最大限度地匯集和抽取受污染地下水，以達(dá)到修復(fù)受污染的含水層并抑制污染羽擴(kuò)散的一種水動力學(xué)技術(shù)［5］。相對于其他地下水污染修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施過程簡單，適用于常規(guī)修復(fù)和應(yīng)急修復(fù)。該技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一種有效的水力截獲系統(tǒng)截取污染的地下水，而不允許污染物運(yùn)移到下游［6］，特別是針對危險廢物填埋場的地下水污染修復(fù)，其難點(diǎn)是控制水力截獲帶的規(guī)模和幾何形態(tài)。為此，本文以擬建的某危險廢物填埋場為例，嘗試通過數(shù)值模擬方法，解決水力截獲技術(shù)在危險廢物填埋場地地下水污染修復(fù)中的井群布設(shè)等難點(diǎn)問題。

1 水力截獲技術(shù)

早在20世紀(jì)60年代，J.Bear等［7］利用注水井人工補(bǔ)給地下水含水層，并對其運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了定量研究，該成果為后來水力截獲技術(shù)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

水力截獲技術(shù)是修復(fù)受污染含水層并抑制污染羽擴(kuò)散的一種水動力學(xué)技術(shù)。單個抽水井形成的截獲帶平面圖（忽略垂向流速分量）如圖1所示，在抽水井下游截獲表面上，存在一個所有流線收斂的特定位置，在該點(diǎn)處流速矢量的全部分量都為零，稱為駐點(diǎn)，而截獲表面上的所有分水線都必然通過駐點(diǎn)。多井截獲帶是多個單井截獲帶幾何形狀的疊加，在二維流的狀態(tài)下，未被井群系統(tǒng)截獲繼續(xù)向下游流動的水和流向井群系統(tǒng)水的分水嶺就是水力截獲帶的邊界曲線；三維流情況下為截獲體，是抽水井截獲表面邊界跡線組所限定的空間結(jié)構(gòu)體［8］。

圖1 單個抽水井形成的水力截獲帶平面圖Fig.1 Hydraulic capture－zone curves of single pumping well

水力截獲技術(shù)的核心，是根據(jù)治理場地區(qū)域的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，以及污染物的性質(zhì)、分布及遷移特征，應(yīng)用滲流理論以及最優(yōu)化理論等學(xué)科的知識，在污染羽下游設(shè)置治理井（群），形成水力截獲帶抽出受污染地下水。水力截獲帶的形態(tài)與規(guī)模受很多因素的影響，含水層結(jié)構(gòu)參數(shù)、天然流場水力梯度，截獲井的數(shù)量、間距、抽水量及完整性等諸多因素都可以成為控制變量［6，9］。

井（群）系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要包括：解析/半解析方法、數(shù)值模擬方法、數(shù)值模擬及優(yōu)化耦合方法［8］，本文主要利用數(shù)值模擬方法建立區(qū)域水流模型、污染物遷移模型，以為水力截獲帶的最優(yōu)布設(shè)提供前提條件。

2 研究區(qū)地下水污染的數(shù)值模擬

本文以擬建的某危險廢物填埋場場地為研究區(qū)，對研究區(qū)地下水污染進(jìn)行數(shù)值模擬。

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地形地貌類型屬構(gòu)造剝蝕低山，地勢起伏較大，場地東西側(cè)為山體，整體呈北高南低態(tài)勢，山體為燕山晚期裸露花崗巖巖體，自然坡度為35°～45°。場地部分區(qū)域上覆第四系殘積礫質(zhì)黏性土，下伏基巖主要為燕山晚期二云母二長花崗巖。自上而下地層分布為：礫質(zhì)黏性土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。填埋場區(qū)含水層主要為礫質(zhì)黏土層，因此污染物的擴(kuò)散和截獲模擬主要針對該層。場區(qū)地下水徑流條件差，由于下伏弱、微風(fēng)化花崗巖為相對隔水層，地下水主要為潛水，循環(huán)深度淺，徑流路徑短；加之受地形控制，地下水與地表水具有基本相同的分水嶺，由地形高處往低處徑流，整體地下水徑流方向?yàn)檠仫L(fēng)化裂隙從分水嶺下游和兩側(cè)谷坡向溝谷匯集，由北往南徑流，并向地勢低洼地帶匯集。擬建場地周邊約50戶居民生活用水主要為地下水（民井），該范圍內(nèi)地下水部分接受擬建場地周邊范圍內(nèi)地下水的補(bǔ)給，但主要還是來源于大氣降雨的補(bǔ)給。

2.2 地下水中污染物運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型

地下水中污染物的運(yùn)移問題涉及兩個數(shù)學(xué)模型，即地下水流動的數(shù)學(xué)模型和污染物運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型。本文采用地下水流動與污染物運(yùn)移的模擬軟件Visual MODFLOW建立其數(shù)學(xué)模型。Visual MODFLOW模擬軟件是在無縫集成MODFLOW－96、WinPEST、MT3D99、MODPATH（平面和剖面流線示蹤分析）、RT3D等軟件的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)、合理的Windows菜單界面與可視化功能，其界面設(shè)計(jì)包括三大彼此聯(lián)系但又相對獨(dú)立的模塊，即前處理模塊、運(yùn)行模塊和后處理模塊，既增強(qiáng)了模型的數(shù)值模擬能力，又簡化了三維建模的復(fù)雜性［10—11］。

天然情況下地下水流動的數(shù)學(xué)模型可表示為如下三維穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型：

式中：H為地下水水頭（m）；Kx、Ky、Kz為x、y、z方向滲透系數(shù)（m/d）；H1為含水層第一類邊界水頭（m）；ε1為源匯項(xiàng)強(qiáng)度（包括開采強(qiáng)度等）（1/d）；Σ1為含水層第一類邊界；Σ2為含水層第二類邊界。

污染物運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型可表示為［12］

式中：Rd為阻滯因子，其中ρb為骨架密度，Kd為分配系數(shù)）；c為地下水中污染物濃度（mg/L）；cs為源和匯的濃度（mg/L）；t為時間（d）；θ為含水層孔隙率；xi為沿坐標(biāo)軸各方向的距離（m）；ΣRk為化學(xué)反應(yīng)項(xiàng)；Dij為水動力彌散系數(shù)；vi為地下水滲流速度（m/d）；qs為源和匯的單位流量（m3/d）。

2.3 模擬范圍

如圖2所示，擬建的危險廢物填埋場位于溝谷中，場地東北部紅線位置為地表水分水嶺（也是地下水分水嶺），距東南副壩軸線約300m，地面高程為208m。擬建場地東部山嶺比谷地高出約130m，西部則高出約40～60m，地下水水流從208m等高線以及兩側(cè)山地向中間河谷凹地（擬建工程場地）匯集，場地內(nèi)地下水自東北向西南徑流，在擬建工程場地外側(cè)沿溝谷地帶匯入BS、NZ兩個水庫，地下水流向主要受地形的控制。場地西南側(cè)的HF、NZ兩個水庫常年蓄水，庫水位分別約為140m和160m，場地東南側(cè)BS水庫常年蓄水，庫水位約為80m。

模擬預(yù)測范圍為如圖2所示的紅色線所圈定的范圍，面積約為5km2。208m等高線處是該危險廢物填埋場區(qū)與北部另一填埋場的分隔壩，其地勢高于南北兩側(cè)的場區(qū)，是兩個場區(qū)的地下水分水嶺，因此設(shè)為隔水邊界；模擬區(qū)西北和東北以山脊線（紅線）為地下水分水嶺，為隔水邊界；西南HF水庫、南邊的NZ山水庫以及東南的BS水庫切割含水層，與含水層有水力聯(lián)系，設(shè)為定水頭邊界；與3個水庫相鄰的山脊線（紅線）設(shè)為隔水邊界。

圖2 擬建危險廢棄物填埋場場地布局示意圖Fig.2 Layout sketch of the study site

2.4 模型概化

（1）水平剖分。平面上，對模擬區(qū)進(jìn)行矩形單元網(wǎng)格剖分，剖分網(wǎng)格數(shù)為100×100，尺寸為25m×25m；對廠區(qū)安全填埋區(qū)、污水處理池和暫存庫內(nèi)的網(wǎng)格進(jìn)行加密，尺寸為12.5m×12.5m。

（2）地層含水性。場區(qū)內(nèi)主要的地層為：地表的砂質(zhì)黏土層、礫質(zhì)黏性土含水層、強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化花崗巖弱含水層、微風(fēng)化花崗巖相對隔水層。其中，地表的砂質(zhì)黏土層，厚度為2～5m，在場地局部分布，主要覆于溝谷、洼地表層，除NZ山水庫、HF水庫及其附近溝谷范圍內(nèi)的地下水位處于該地層外，其余地區(qū)都處于下伏的礫質(zhì)黏性土和強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖弱含水層；礫質(zhì)黏性土為主要含水層，厚度在3～15m，廣泛分布于區(qū)內(nèi)；強(qiáng)、中風(fēng)化的花崗巖為弱含水層，厚度在8～54m，分布于第四系地層以下；微風(fēng)化花崗巖分布于整個場地，處于中風(fēng)化花崗巖以下，為相對隔水層。

（3）垂向剖分。垂向上依據(jù)場區(qū)建設(shè)特點(diǎn)以及研究區(qū)內(nèi)含水層特征劃分為三層：第一層為針對廠區(qū)不同功能區(qū)進(jìn)行防滲：填埋區(qū)按照工藝設(shè)計(jì)采取雙層防滲，厚度約1m，滲透系數(shù)低于8.64×10－8cm/s；雨水收集和事故排放池、滲濾液調(diào)節(jié)池以及廠區(qū)其他用地的滲透系數(shù)小于1.0×10－6cm/s；溝谷平緩地帶分布的砂質(zhì)黏土層，滲透系數(shù)為6.17×10－6～16×10－6cm/s；山坡體分布的礫質(zhì)黏性土，滲透系數(shù)為4.63×10－4～16×10－4cm/s。第二層整體刻畫為礫質(zhì)黏土層，滲透系數(shù)為4.63×10－4～16×10－4cm/s。第三層為強(qiáng)和中風(fēng)化花崗巖裂隙含水層，滲透系數(shù)為1.85×10－4～4.63×10－4cm/s。底板設(shè)為隔水層。

2.5 地下水流場

根據(jù)區(qū)域水動力參數(shù)，建立的研究區(qū)天然條件下地下水二維穩(wěn)定流流場見圖3。場地內(nèi)地下水徑流受到地形的控制，場區(qū)東側(cè)靠近山區(qū)地帶的地下水徑流較快，西南側(cè)沖洪積地帶地下水徑流較緩，東南側(cè)山谷低洼處向BS水庫匯集地帶地下水徑流較快，說明該模型的建立能夠正確地反映真實(shí)情況下地下水流場的特點(diǎn)。

圖3 地下水徑流矢量圖Fig.3 Vector diagram of groundwater flow流向矢量配色方案：紅色表示向外，藍(lán)色表示向內(nèi)，綠色表示與平面平行。

2.6 地下水污染模擬

根據(jù)該危險廢物處置中心《地下水環(huán)境影響評價專題報告》中對填埋區(qū)污染組分的等標(biāo)污染負(fù)荷值的計(jì)算（見表1）可知，造成該填埋區(qū)主要污染風(fēng)險的組分為COD、氨氮、Ni、F和As。其中，COD和氨氮為常規(guī)污染指標(biāo)，在一般的垃圾填埋場中這類污染很常見；而Ni為重金屬污染物，危害較大，其等標(biāo)污染負(fù)荷值為3.552×105，是除COD和氨氮之外的最高污染指標(biāo)，為該場地主要的污染風(fēng)險，且由于Ni在地下水中的運(yùn)移不考慮吸附項(xiàng)和反應(yīng)項(xiàng)，對于污染物的運(yùn)移具有普遍的指示意義，因此本文選擇Ni為特征指標(biāo)對該填埋場地地下水污染進(jìn)行數(shù)值模擬。

表1 填埋區(qū)污染組分等標(biāo)污染負(fù)荷值Table 1 Pollution load values of the pollutants in the landfill

根據(jù)填埋場地監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，區(qū)域內(nèi)地下水中Ni的本底值在0.001 6～0.002 3mg/L之間，滲濾液中Ni的最大濃度為2.612mg/L，將此濃度作為初始濃度賦值并假設(shè)污染物等濃度連續(xù)入滲。《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—93）中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)對Ni的限定值為0.05mg/L，因此將0.05mg/L作為研究區(qū)污染羽邊界值。

對研究區(qū)降雨入滲系數(shù)進(jìn)行分區(qū)，山坡體的降雨入滲系數(shù)依據(jù)坡度大小取值范圍在0.05～0.11之間，陡峭處取最小值；平緩的凹谷地帶降雨入滲系數(shù)取值范圍在0.25～0.28之間。據(jù)此，對降入入滲補(bǔ)給量進(jìn)行分區(qū)，由于多年平均降雨量為1 489.8mm，因此降雨入滲補(bǔ)給量分別為：山坡體為74.49～163.878mm/a；凹谷平緩地帶為372.45～417.144 mm/a。此外，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)勘察報告，廠區(qū)西南側(cè)HF水庫、南邊NZ山水庫以及東南側(cè)的BS水庫水頭取值分別為140m、160m和80m。

根據(jù)野外彌散試驗(yàn)，縱向彌散度為18.2m。本次模擬中按照線性等溫吸附處理，黏土的干密度取1 500kg/m3，各層均采用默認(rèn)的分配系數(shù)Kd＝1×10－7L/mg。

假設(shè)填埋場防滲失效，污染物運(yùn)移擴(kuò)散模擬結(jié)果顯示：在發(fā)生滲漏故障的第1d，污染物已經(jīng)有所擴(kuò)散，但仍然控制在一期填埋區(qū)防護(hù)坡范圍內(nèi)，擴(kuò)散距離約為10m；在事故滲漏的第30d，污染羽已擴(kuò)散出填埋場區(qū)范圍，超越截污壩，擴(kuò)散距離約為60m；在第60d，污染羽擴(kuò)散至場區(qū)滲濾液調(diào)節(jié)池附近，擴(kuò)散距離達(dá)100m；在第365d，污染羽已擴(kuò)散至擬建工程外，至地下水水流下游約200m處；在第730d，污染羽已接近BS水庫，距其大約只有150m左右；第1 000d，污染羽已到達(dá)BS水庫。

3 研究區(qū)地下水污染的修復(fù)

3.1 井群布設(shè)方案

假設(shè)在滲濾液滲漏365d時發(fā)現(xiàn)了填埋場防滲結(jié)構(gòu)已失效，修復(fù)目標(biāo)為使污染羽收縮到最小，限定修復(fù)時間為1a，并要求在修復(fù)效果最好的前提下優(yōu)化抽（注）水井的數(shù)量和抽水量，降低修復(fù)成本，經(jīng)濟(jì)高效地防控地下水污染。

根據(jù)事故滲漏第365d的污染分布狀況，該場地范圍內(nèi)有zk12、zk16和zk203個勘察鉆孔以及1個民井mj1位于污染羽范圍內(nèi)，因此可將這4口井改造成污染修復(fù)井（抽水井）。此外，根據(jù)污染物運(yùn)移狀況，在污染羽擴(kuò)散的中軸線上布設(shè)3個備選的補(bǔ)充抽水井bc1、bc2和bc3，并在污染羽的下游污染擴(kuò)散中軸線以及兩側(cè)布設(shè)備選注水井zs1、zs2和zs3，其井位分布如圖4所示。

3.2 水力截獲系統(tǒng)的優(yōu)化選擇

現(xiàn)有的4口抽水井為最少井?dāng)?shù)，在此基礎(chǔ)上逐漸增加抽、注水井?dāng)?shù)量，分別模擬不同抽水量條件下的污染羽收縮狀況，并進(jìn)行交叉比較。在保證污染羽充分收縮的前提下，選用最少的井?dāng)?shù)與最少抽注水量則為最優(yōu)方案。

3.2.1 4井抽水系統(tǒng)

圖4 備選井井位布置圖Fig.4 Sketch map of the alternative well sites

zk12、zk16、zk20和 mj1都是現(xiàn)有鉆孔和民井，井位位于擴(kuò)散污染羽的中間地帶，將它們改造成抽水井，模擬這4口抽水井在單井日抽水量分別為100 m3、300m3和500m3的狀況下，到一年修復(fù)期滿時污染羽的分布情況，其模擬結(jié)果見圖5。

圖5 4井抽水系統(tǒng)不同抽水量的修復(fù)效果Fig.5 Remediation effects of four－pumping－well system at different pumpages

由圖5可以看出：在單井抽水量由100m3/d提高到500m3/d的情況下，污染羽的范圍逐漸縮小，修復(fù)效果越來越好。經(jīng)過試算，當(dāng)單井抽水量達(dá)到750m3/d之后再增加時，mj1井處已出現(xiàn)疏干情況，此井失去了修復(fù)作用，而且污染羽的范圍也比抽水量為500m3/d時的大。因此，在4井抽水系統(tǒng)狀況下，單井抽水量為500m3/d時的修復(fù)效果最好。

3.2.2 5井抽水系統(tǒng)

圖6 不同5井抽水系統(tǒng)的修復(fù)效果Fig.6 Remediation effects of five－pumping－well systems by adding a different pumping well

在備選的3個補(bǔ)充抽水井bc1、bc2和bc3中，分別選擇1個井與現(xiàn)有4個井組成5井抽水系統(tǒng)，根據(jù)上述4井抽水系統(tǒng)中單井抽水量為500m3/d，井群日抽水總量為2 000m3，在5井抽水系統(tǒng)中設(shè)定單井抽水量為400m3/d，并在橫向比較不同5井抽水系統(tǒng)修復(fù)效果的同時，與相同總抽水量的4井抽水系統(tǒng)進(jìn)行了對比，其模擬結(jié)果見圖6。

由圖6可以看出：在選擇補(bǔ)充bc2井組成的5井抽水系統(tǒng)中［見圖6（b）］，修復(fù)效果相對于其他兩個5井抽水系統(tǒng)［見圖6（a）、（c）］更優(yōu)；經(jīng)過大量模擬試算，單井抽水量為360m3/d就可以保證污染羽范圍控制在bc2井點(diǎn)位以內(nèi)；此外，綜合一次性的建井投入、資源消耗以及污水抽出之后的處理費(fèi)用和修復(fù)效果，此方案比四井抽水系統(tǒng)更優(yōu)。

3.2.3 6井抽水系統(tǒng)和7井抽水系統(tǒng)

6井抽水系統(tǒng)與5井抽水系統(tǒng)對比，在保持最佳5井抽水系統(tǒng)相同的井群總抽水量的條件下，6井抽水系統(tǒng)模擬選用單井抽水量為300m3/d。通過對不同6井抽水系統(tǒng)修復(fù)效果進(jìn)行對比，增加bc1和bc2井的6井抽水系統(tǒng)的修復(fù)效果相對最優(yōu)。增加bc1和bc2井的6井抽水系統(tǒng)中，當(dāng)單井抽水量為290m3/d時就可達(dá)到單井抽水量300m3/d時相似的修復(fù)效果；相比五井抽水系統(tǒng)，抽水量只減少了70m3/d，但多建了一口井，而且多建的bc1井位于污染傳播的核心地帶，此位置抽出的污水污染濃度高，勢必會增加廢水處理的費(fèi)用。

7井抽水系統(tǒng)與5井抽水系統(tǒng)對比，經(jīng)過試算，在單井抽水量達(dá)300m3/d時，7井抽水系統(tǒng)的修復(fù)效果與5井抽水系統(tǒng)最佳修復(fù)效果相似，都能將污染羽控制在bc2井點(diǎn)位以內(nèi)，但是此方案單日總抽水量已經(jīng)達(dá)到2 100m3，與5井抽水量相比，不僅增加了總抽水量，而且還增加了抽水井，因此該方案欠佳。

3.2.4 抽水加注水系統(tǒng)

抽、注井并用系統(tǒng)中，主要分為增加1個注水井和增加3個注水井兩種，且總抽水量與總注水量相同。對于一注多抽系統(tǒng)之間的比較，在保持單井抽水量相同的條件下，主要比較達(dá)到同樣修復(fù)效果時所需要的抽水量，抽水量節(jié)約的越多則方案越優(yōu)；對于1個注水井與3個注水井之間的比較，在一個注水井最佳單井抽水量的基礎(chǔ)上依次減少抽水量，比較修復(fù)的效果，并綜合節(jié)約的水量與建井的費(fèi)用，選擇最優(yōu)化的方案。

首先，試算現(xiàn)有的4井抽水系統(tǒng)加上污染羽下游中軸線方向上設(shè)置的備選注水井zs1，比較不同抽注水量下四抽一注系統(tǒng)的修復(fù)效果，其模擬結(jié)果見圖7。由圖7可以看出：在四抽一注的抽注水系統(tǒng)中，單井抽水量為900m3/d（注水量為3 600m3/d）是該系統(tǒng)的最佳修復(fù)方案，且在單井抽水量由500 m3/d增加到900m3/d的過程中，沒有出現(xiàn)在上文中單純使用4井抽水系統(tǒng)時出現(xiàn)的含水層疏干的情況，原因是zs1的注水對區(qū)域地下水的補(bǔ)充使得抽水系統(tǒng)正常運(yùn)行，而繼續(xù)增加抽水量則會出現(xiàn)疏干現(xiàn)象。

然后，在四抽一注系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，若增加zs1井兩側(cè)的備用注水井zs2和zs3，控制污染羽向兩側(cè)的逸散，并將抽水井單井抽水量逐漸下調(diào)，試算四抽三注系統(tǒng)的修復(fù)效果，其模擬結(jié)果見圖8。由圖8可以看出：在增加了兩側(cè)的注水井之后，并減小抽水量，到單井抽水量為880m3/d甚至890m3/d時的修復(fù)效果才能達(dá)到四抽一注系統(tǒng)的最佳修復(fù)效果，這樣對抽水量的節(jié)約十分有限，而且又增加了兩口新建井，并增加了建設(shè)費(fèi)用，因此與四抽三注系統(tǒng)相比，四抽一注系統(tǒng)更優(yōu)。

圖7 不同抽注水量下四抽一注系統(tǒng)的修復(fù)效果Fig.7 Remediation effects of four－pumping－one－injection well system at different pumpages

圖8 不同單井抽水量情況下四抽三注系統(tǒng)的修復(fù)效果Fig.8 Remediation effects of four－pumping－three－injection well system at different pumpages

此外，其他抽注水系統(tǒng)的模擬計(jì)算結(jié)果顯示：

（1）用最佳5井抽水系統(tǒng)增加zs1組成五抽一注系統(tǒng)，其在單井抽水量為600m3/d時就能到達(dá)4井抽水系統(tǒng)的修復(fù)效果，節(jié)約的水量基數(shù)較大，綜合而言更為優(yōu)化；五抽三注系統(tǒng)與五抽一注系統(tǒng)相比，控制污染羽的收縮非常有限，污染羽的分布狀況幾乎一致，因此沒有必要再增加兩個側(cè)向注水井。

（2）在最佳6井抽水系統(tǒng)中增加zs1組成六抽一注系統(tǒng)，其在單井抽水量為350m3/d時的修復(fù)效果已與五抽一注系統(tǒng)最佳修復(fù)效果無異，而且在此情況下，總抽水量控制在2 100m3/d，比五抽一注系統(tǒng)的總抽水量又有顯著降低；而對比六井三注系統(tǒng)，多增加了兩個注水井非但沒有優(yōu)勢，還帶來了意外的污染羽逃逸，因此增加兩側(cè)注水井沒有必要且有弊端。

（3）將7井抽水加注水系統(tǒng)的總抽水量設(shè)定為六抽一注系統(tǒng)的最佳總抽水量2 100m3/d，即單井抽水量為300m3/d，其修復(fù)效果并沒有六抽一注系統(tǒng)好，因此沒有必要再增加一口抽水井。

對比兩種不同的井群系統(tǒng)，最佳抽、注水方案為六抽一注，多了bc1和zs1兩口井，雖然會增加一次性建井費(fèi)用和一定的運(yùn)行費(fèi)用，但單純的5井抽水系統(tǒng)只能將污染羽限制在bc2井點(diǎn)位以內(nèi)，而六抽一注系統(tǒng)可將污染羽收縮至mj1井點(diǎn)位以內(nèi)，其污染修復(fù)的效果有明顯優(yōu)勢，可滿足預(yù)期的修復(fù)要求；此外，注水井的設(shè)置，可將抽水井抽出的受污染地下水經(jīng)過處理之后回灌到含水層中，不僅解決了污水處理之后的出路問題，還可以均衡區(qū)域地下水資源，防止水資源浪費(fèi)，同時又可以避免含水層水位降深過大甚至局部疏干帶來的一些負(fù)面效應(yīng)。綜合比較，六抽一注系統(tǒng)比單純的5井抽水系統(tǒng)方案更優(yōu)。

4 結(jié) 論

通過對某擬建危險廢物填埋場主要污染物Ni建立其在地下水中的運(yùn)移擴(kuò)散模型，并對采取的水力截獲修復(fù)技術(shù)最優(yōu)方案進(jìn)行研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）污染物Ni在發(fā)生滲漏故障第1d即開始擴(kuò)散；第30d開始超越截污壩，對地下水開始產(chǎn)生影響；第365d污染羽已擴(kuò)散至擬建工程外，至地下水水流下游約200m處；第730d污染羽已接近BS水庫，距其大約只有150m左右，嚴(yán)重影響周邊居民用水；第1 000d，污染羽已到達(dá)BS水庫。

（2）采用水力截獲技術(shù)對污染羽進(jìn)行控制，對比不同的井群布設(shè)系統(tǒng)，采用現(xiàn)有井zk12、zk16、zk20、mj1與備選的抽水井bc1、bc2和備選的注水井zs1聯(lián)合組成的六抽一注系統(tǒng)是地下水污染修復(fù)的最優(yōu)化方案，能夠達(dá)到預(yù)期的修復(fù)目的。

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